“數(shù)字地球”(Digital Earth)的概念由美國副總統(tǒng)AI Gore于1998年1月提出，即以地球坐標為依據(jù)的、具有多分辨率的、有海量數(shù)據(jù)組成的、能立體表達的虛擬地球。在“數(shù)字地球”基礎(chǔ)上，IBM首席執(zhí)行官彭明盛于2009年1月提出“智慧地球”(Smart Earth)的構(gòu)想，核心思想是把要各種傳感器應用到人們生活中的各種物體中。并且能夠相互連接起來，形成“物聯(lián)網(wǎng)”，通過超級計算機和云計算將“物聯(lián)網(wǎng)”整合起來，實現(xiàn)網(wǎng)上數(shù)字地球與人類社會和物理系統(tǒng)的整合。從“數(shù)字地球”到“智慧地球”給人們提供了一個空前無比的視野和高度，在此基礎(chǔ)上，人們能以更加精細和動態(tài)的方式管理生產(chǎn)和生活，它的實現(xiàn)將在教育、可持續(xù)發(fā)展的決策、土地利用規(guī)劃、能源及危機處理等領(lǐng)域產(chǎn)生巨大的社會和商業(yè)效益n’。在“智慧地球”上。人們可以實現(xiàn)智慧中國、智慧城市、智慧礦山、智慧企業(yè)、智慧社區(qū)，甚至智慧家庭等。“智慧地球”可以理解成“物聯(lián)網(wǎng)”、互聯(lián)網(wǎng)和GIS的綜合體，其核心“物聯(lián)網(wǎng)”被認為是繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)與移動通信網(wǎng)之后的又一次信息產(chǎn)業(yè)浪潮。
物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things，IOT)，即物品的信息通過射頻識別(RFID)、激光掃描儀等信息傳感設備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，經(jīng)過網(wǎng)絡傳輸?shù)竭_指定的信息處理中心，最終實現(xiàn)物與物、人與物之間的自動化信息交互與處理的智能化網(wǎng)絡。物聯(lián)網(wǎng)被認為是繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)與移動通信網(wǎng)之后的又一次信息產(chǎn)業(yè)浪潮。2005年11月17日，在突尼斯舉行的信息社會世界峰會(WSIS)上，國際電信聯(lián)盟(ITU)發(fā)布了(ITU互聯(lián)網(wǎng)報告2005：物聯(lián)網(wǎng)》，報告指出，無所不在的物聯(lián)網(wǎng)通信時代即將來臨，世界上所有的物體從輪胎到牙刷、從房屋到紙巾都可以通過因特網(wǎng)主動進行交換。射頻識別技術(shù)(RFID)、傳感器技術(shù)、納米技術(shù)、智能嵌入技術(shù)將得到更加廣泛的應用。
1、物聯(lián)網(wǎng)與信息技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展趨勢
1.1控制、網(wǎng)絡和計算理論的共同發(fā)展計算機技術(shù)發(fā)展僅僅70多年，而工程物理系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展近200年，但這兩個領(lǐng)域卻一直存在較大程度的鴻溝。物聯(lián)網(wǎng)和CPS(Cyber Physical System)的發(fā)展將有助于它們之間的融合，美國NSF的一位負責人Klshan Baheti博士，稱當前這種趨勢為“Convergence of Control，Networks and Computations at Nano，Micro and Macro Scale”。
1.2 GIS與GPS為物聯(lián)網(wǎng)提供基礎(chǔ)地理信息平臺
物聯(lián)網(wǎng)建設期間，可以利用地理信息平臺的空間分析能力進行傳感器布設的選址，從而達到終端布設的科學性、合理性；物聯(lián)網(wǎng)建成后，可以通過地理信息平臺把所有的物聯(lián)對象都落到統(tǒng)一的空間平臺上，從而可以直觀、生動、快速地對物聯(lián)對象進行定位、追蹤、查找和控制。其中，GPS為物聯(lián)網(wǎng)提供空間定位支持，可以滿足全球級、區(qū)域級、國家級的位置服務要求，對于定位精度更高的要求，可以選擇精度更好、更穩(wěn)定的CORS技術(shù)，這種定位技術(shù)可以為物聯(lián)網(wǎng)提供精度達厘米級的動態(tài)實時定位服務。
最后，三維GIS技術(shù)可以為用戶提供一個集視覺、聽覺、觸覺等為一體的三維虛擬環(huán)境，利用物聯(lián)網(wǎng)前端傳感器傳回來的各種信息可以對被感知的對象進行虛擬重建、再現(xiàn)，從而可以建立具有真三維景觀描述的、可實時交互的、能進行空間分析和查詢的應用系統(tǒng)，將使物聯(lián)網(wǎng)的感知、顯示能力發(fā)生革命性的變化。
1.3移動GIS、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與嵌入技術(shù)的融合，形成了“人機物一體”的互聯(lián)
移動GIS是集GIS、GPS、移動通信(gsMyGPRS/CDMA)三大技術(shù)于一體的系統(tǒng)。移動GIS為物聯(lián)網(wǎng)提供了天然的移動計算平臺，將物聯(lián)網(wǎng)的前端感知與移動GIS結(jié)合，可以幫助用戶準確地定位、追蹤對象，并提供一系列的模擬決策，最終完美地完成人機交互。而與此同時，嵌入式系統(tǒng)具有4個新特性：透明性(Transparent)、移動性(Mobile)、小型化(Miniature)和普適性(Ubiquitous)，更有利于其部署和應用。特別是，一直作為IT技術(shù)領(lǐng)先的美國，其NITRD的總統(tǒng)科學技術(shù)顧問委員會在2007年的PCAST報告中例舉了信息領(lǐng)域八大優(yōu)先發(fā)展，明確指出四項高優(yōu)先級發(fā)展技術(shù)，第一項即NIT systems connected with the physical world(cyber physical systems)”。
2、物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)
該研究從信息流的4個階段來分析物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展所面臨關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)，并思考其對各領(lǐng)域發(fā)展。特別是航空、農(nóng)業(yè)等未來發(fā)展的作用。典型的信息流過程包括獲取、傳輸、處理和應用階段，在“物聯(lián)網(wǎng)”中，這個信息流的獲取能力被放大，自然對后面的技術(shù)提出其新的挑戰(zhàn)(圖2)。
2.1 信息獲取通過RFID標識以及新傳感器、高精度儀器技術(shù)等能夠?qū)τ嬎悱h(huán)境等實現(xiàn)更強的“信息獲取能力”，同時，通過接人設備的反饋控制技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)信息獲取“從被動獲取向到主動控制的轉(zhuǎn)變”。在信息獲取數(shù)據(jù)量方面，Pan STARRS天體望遠鏡陣列每年可獲取2.5 PB的數(shù)據(jù)，歐洲原子核研究委員會(CERN)的大型強子碰撞型加速裝置所做有關(guān)實驗每秒能產(chǎn)生40 TB的數(shù)據(jù)流，這是一個無法被存儲或分析的數(shù)量級。在信息主動控制方面，一些諸如遠程醫(yī)療、遠程手術(shù)的應用逐步發(fā)展，提供了更為有效的遠程協(xié)助和一體化處理能力。
2.2信息傳輸在互聯(lián)網(wǎng)、移動網(wǎng)環(huán)境下，大量系統(tǒng)之間的信息共享與交互，使“復雜系統(tǒng)互聯(lián)”的光纖、路由等網(wǎng)絡技術(shù)發(fā)展，使得“信息傳輸能力更快”。例如，2010年3月Cisco發(fā)布CRS-3路由器可達322Tbps。在不斷提升信息傳輸能力的同時，如果通過大規(guī)模系統(tǒng)服務的調(diào)度和數(shù)據(jù)擺放也是能夠有效降低信息傳輸壓力的技術(shù)需求。
2.3信息處理物聯(lián)網(wǎng)的大規(guī)模應用，將對信息處理這一計算機關(guān)鍵環(huán)節(jié)提出新要求，將對計算、存儲能力要求更高。一方面是單純“量”層面的要求，例如。在2009年，Top 500計算能力總合2.26×10s億次，企業(yè)磁盤消耗達20 EB；另一方面則是“正確度”層面的要求，需要在正確時間、正確地點快速為用戶提供正確的信息，從而對“數(shù)據(jù)高效處理與智能挖掘”提出更高要求。特別是，隨著各類物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)節(jié)點的擴展，海量數(shù)據(jù)引入應用系統(tǒng)。傳統(tǒng)關(guān)系數(shù)據(jù)庫已經(jīng)無法再進行高效管理，因此對數(shù)據(jù)處理相關(guān)的存儲和并行計算等提出新的挑戰(zhàn)。
2.4信息應用主要體現(xiàn)為針對物聯(lián)網(wǎng)應用，需要實現(xiàn)對任何設備多樣化的信息服務，實現(xiàn)豐富、靈活的數(shù)據(jù)展現(xiàn)。同時，需要為移動終端等提供可適配的控制界面和低延遲網(wǎng)絡服務能力。特別是，移動終端設備的普及給這一應用提供了良機。
在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和應用發(fā)展背景下，新型網(wǎng)絡軟件涉及的關(guān)鍵技術(shù)主要包括感知與標識技術(shù)、網(wǎng)絡與通信技術(shù)、計算與服務技術(shù)及管理與支撐技術(shù)4個方面。針對信息流的技術(shù)挑戰(zhàn)，對于網(wǎng)絡應用系統(tǒng)的主要研究挑戰(zhàn)包括實時數(shù)據(jù)感知與快速傳輸、多源數(shù)據(jù)的有機融合、復雜信息的智能挖掘、快捷的用戶交互方式和可靠及時的反饋控制等。
目前，“智慧城市”、“綠野千傳”、“車聯(lián)網(wǎng)”等等很多與物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的應用，特別是，在高可靠性要求極為嚴格的航空領(lǐng)域，已經(jīng)在傳感、控制領(lǐng)域積累了很多豐富的技術(shù)和數(shù)據(jù)資源。當前在飛機的傳感器技術(shù)其實已經(jīng)非常先進，飛機上已經(jīng)部署了大量的傳感器，甚至包括民用航空設備已安裝大量的傳感器實時獲取狀態(tài)，例如氣路性能診斷、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測、機翼等關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件強度探測等。因此，通過空地網(wǎng)絡能夠?qū)⑦@些數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)降孛婧娇辗⻊諗?shù)據(jù)中心，并進行數(shù)據(jù)有效處理分析，將能發(fā)揮兩方面的優(yōu)勢。
3、物聯(lián)網(wǎng)時代下中間件發(fā)展
隨著物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，中間件在物聯(lián)網(wǎng)的大規(guī)模應用中展現(xiàn)出了越來越重要的作用，中問件的發(fā)展歷程經(jīng)歷了4個階段(圖3)。
3.1第1階段：雛形階段最早期的中間件是指在計算機硬件平臺之上的操作系統(tǒng)，目的是能夠合理、有效的使用硬件資源，大致始于20世紀70年代，這個時期是中間件發(fā)展的初始階段，概念還尚未成熟。通過在操作系統(tǒng)上層安裝部署應用程序的方式使得用戶能夠方便、高效的使用計算機。
3.2第2階段：發(fā)展階段進入20世紀80年代，隨著計算機網(wǎng)絡的快速發(fā)展。操作系統(tǒng)之上的中間件一網(wǎng)絡化平臺應運而生，目的是能夠支持網(wǎng)絡化軟件的開發(fā)和運行，這個時期出現(xiàn)了J2EE、.NET、DCOM、CORBA等技術(shù)和系統(tǒng)，一度成為學術(shù)界和工業(yè)界的研究和應用熱點，中間件概念逐漸成形。
3.3第3階段：整合階段目前，中間件處于整合階段。隨著網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展和各種標準規(guī)范的推陳出新，平臺整合、應用整合、資源整合的重要性逐漸顯現(xiàn)了出來。隨著大型應用和互聯(lián)的需求，開始了各個層次的標準化工作，包括技術(shù)模型、體系架構(gòu)、工具平臺、工程方法等，其中以SOA技術(shù)體系為典型代表，國際組織就建立了上百個標準和規(guī)范。在這個時期，在網(wǎng)絡化平臺之上的中間件——SOA中間件就需要推陳出新，對已經(jīng)發(fā)展起來的多種中間件技術(shù)進行融合，然而，這種融合應當是深度的整合，而非簡單的拼湊，同時還要解決多個問題域，以適應互聯(lián)網(wǎng)計算環(huán)境的開放、動態(tài)、多變的特性。
3.4第4階段：普適階段未來.隨著“物聯(lián)網(wǎng)”技術(shù)的發(fā)展以及軟件市場逐步細分。依據(jù)軟件的“長尾理論”。中間件的靈活和個性化特征將會更為突出，以更加適應業(yè)務系統(tǒng)的要求，面向需求，貼近業(yè)務，與業(yè)務同步發(fā)展。而且，中間件發(fā)展進入細分階段以后.將更加直接、簡便的滿足不同用戶的需要。進入這個時期，面向“物聯(lián)網(wǎng)”的大規(guī)模的領(lǐng)域應用，中問件系統(tǒng)按照功能進行細分為基礎(chǔ)中間件和應用中間。
基礎(chǔ)中間件面向下層操作系統(tǒng)，按照基礎(chǔ)支撐、靈活組裝的原則向上層應用中間件提供支撐。而應用中間件面向上層應用，按照個性定制、應用開發(fā)的原則，向上層應用直接提供信息和資源。而在未來中間件的發(fā)展中，SOA仍將提供重要的支撐作用。
4、結(jié)論
物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展把傳統(tǒng)的信息通信網(wǎng)絡向廣泛的物理世界進行延伸，形成“人機物”一體化的信息系統(tǒng)。隨著數(shù)據(jù)分布式存儲技術(shù)和并行大規(guī)模數(shù)據(jù)計算中心的發(fā)展，如何在數(shù)據(jù)獲取、傳輸、處理和應用的階段形成格式可旺配、業(yè)務鏈接的服務中間件發(fā)展的新領(lǐng)地。再加之開放業(yè)務平臺、軟件在線服務運行對高效可適應、安全高可靠的需求，使得中間件將不在局限傳統(tǒng)單一領(lǐng)域。應用業(yè)務為主的上層應用。而是逐漸向互聯(lián)網(wǎng)運行平臺下方深入。高校作為教育和科研的基地，有效發(fā)揮學科融合，對擴大中間件系統(tǒng)適應物聯(lián)網(wǎng)的大規(guī)模應用環(huán)境，發(fā)揮出更高效更可靠的作用具有重要作用。
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本文標題：物聯(lián)網(wǎng)時代新型網(wǎng)絡應用技術(shù)——中間件技術(shù)展望
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